مزایا و معایب انرژی رودخانه مزایا و معایب نیروگاه های هیدرولیک نسبت به حرارتی چیست؟ "مزایا" و "معایب" زیست محیطی انرژی آبی

نیروگاه ها بخش مهمی از زندگی هر فرد هستند زیرا انرژی را به الکتریسیته تبدیل می کنند. یک ایستگاه مجموعه ای کامل از فعالیت ها، زیرسیستم های مصنوعی و طبیعی است که برای تبدیل و توزیع انواع منابع انرژی خدمت می کند. کل فرآیند را می توان به چند مرحله تقسیم کرد:

1. فرآیند استخراج و فرآوری منبع انرژی اولیه.
2. تحویل به نیروگاه.
3. فرآیند تبدیل انرژی اولیه به انرژی ثانویه.
4. توزیع ثانویه (برق یا بین مصرف کنندگان).

صنعت برق شامل تولید انرژی در ایستگاه و تحویل بعدی آن از طریق خطوط برق است. عناصر حیاتی این زنجیره مانند نیروگاه ها در نوع منابع اولیه موجود در یک منطقه خاص متفاوت است.

اجازه دهید برخی از انواع فرآیندهای تبدیل را با جزئیات بیشتر و همچنین مزایا و معایب هر یک از آنها را در نظر بگیریم.

آنها به گروه انرژی های سنتی تعلق دارند و سهم قابل توجهی از تولید برق جهان (تقریباً 40٪) را به خود اختصاص داده اند. مزایا و معایب TPP در جدول زیر نشان داده شده است:

به عنوان منبع اصلی انرژی به عنوان مثال، مخازن و رودخانه ها استفاده کنید. مزایا و معایب نیروگاه ها نیز در جدول خلاصه شده است.

نیروگاه های هسته ای (NPP) - مجموعه ای از تأسیسات و فعالیت های در نظر گرفته شده برای آنها که در نتیجه شکافت هسته های اتمی، به گرما آزاد می شود و سپس به مهمترین عنصر این سیستم نیز مجموعه ای از دستگاه های مرتبط است. جدول زیر مزایا و معایب نیروگاه های هسته ای را نشان می دهد.

یک مرحله به همان اندازه مهم، انتقال منابع سوخت به نیروگاه است. این فرآیند به روش های مختلفی انجام می شود که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. روش های اصلی حمل و نقل را در نظر بگیرید:

• حمل و نقل آب. تحویل با کمک تانکر و سنگر انجام می شود.
• حمل و نقل خودرو. حمل و نقل در مخازن انجام می شود. توانایی حمل و نقل تنها سوخت مایع یا گاز، مزایا و معایب حمل و نقل جاده ای را مشخص می کند.
• حمل و نقل ریلی. تحویل در مخازن و واگن های باز در مسافت های طولانی.
• معلق و به ندرت استفاده می شود و فقط برای فواصل بسیار کوتاه.

به طور سنتی، نیروگاه های برق آبی (HPP) منبع انرژی الکتریکی ارزان هستند. در آنها پتانسیل انرژی توده های عظیم آب به برق تبدیل می شود.

نیروگاه های برق آبی چیست و چگونه کار می کنند

اغلب برای آنها در رودخانه ها ساخته می شود بند ها، که به لطف آن مخازن عظیم یک منبع آب تشکیل می شود. ضمناً رودخانه ای که قرار است نیروگاه روی آن ساخته شود باید پر آب باشد تا مطمئناً در تمام طول سال آب توربین های ژنراتورهای برق را تامین کند. به علاوه باید بیشترین شیب ممکن را داشته باشد. گزینه ایده آل برای ساخت نیروگاه های برق آبی، دره هایی هستند که از بستر رودخانه ها تشکیل شده اند.

سد ایجاد شده برای قرار دادن ایستگاه و سایر سازه های هیدرولیکی فشار لازم جریان آب را فراهم می کند که پره های توربین های هیدرولیک و روتور ژنراتورهای الکتریکی را می چرخاند. علاوه بر استفاده از فشار آب برای تولید الکتریسیته، می توان از جریان طبیعی جریان آب به نام استخراج استفاده کرد. گاهی اوقات هر دو نسخه از انرژی آب به طور همزمان استفاده می شود.

تجهیزات تولید برق مورد نیاز نیروگاه مستقیماً در نیروگاه برق آبی نصب می شود. در آنجا واحدهایی در سالن‌های جداگانه نصب می‌شوند که مستقیماً نیروی جریان آب را به انرژی مکانیکی توربین‌ها و سپس به برق تبدیل می‌کنند.

علاوه بر این، نیروگاه برق آبی باید به تجهیزات مختلف دیگری مجهز شود که به کمک آنها کنترل عملکرد نیروگاه و مدیریت آن سازماندهی می شود. عملکرد عادی ایستگاه بدون دستگاه هایی که برق را توزیع و تبدیل می کنند و بسیاری از سیستم های دیگر غیرممکن است.

چه شکلی هستند

با توجه به توان تولیدی، نیروگاه ها معمولاً به دسته هایی تقسیم می شوند. این به دلیل جریان آب و نیروی فشار آن و همچنین کارایی ژنراتورها و توربین های آبی نصب شده در ایستگاه است. نیروگاه هایی که 25 مگاوات یا بیشتر تولید می کنند قدرتمند در نظر گرفته می شوند. توان متوسط ​​شامل آنهایی است که کمتر از 25 مگاوات تولید می کنند. عملکرد نیروگاه های کم توان از 5 مگاوات تجاوز نمی کند.

نیروگاه ها پرفشار هستند، زمانی که آب از ارتفاع بیش از 60 متر می آید، فشار متوسط ​​از ارتفاع 25 متر و کم فشار هستند که ارتفاع آب می تواند از 3 تا 25 متر باشد. توربین های آنها در محفظه های بتن مسلح یا فولادی قرار دارند. آنها ممکن است طرح ها و پارامترهای فنی متفاوتی در رابطه با نشانگرهای فشار آب کاری داشته باشند.

در ایستگاه های فشار بالا، توربین های شعاعی-محوری و سطلی کار می کنند. آنها در محفظه های مارپیچی مخصوص ساخته شده از فلز نصب می شوند. توربین‌های شعاعی محوری و پره‌های دوار عمدتاً در ایستگاه‌هایی استفاده می‌شوند که فشار سر متوسط ​​دارند. نیروگاه های برق آبی کم فشار عمدتاً مجهز به توربین های پره ای دوار هستند.

بسته به طرح استفاده از منابع آب، نیروگاه ها به موارد زیر تقسیم می شوند:

1. کانال.
2. سد.
3. مشتق.
4. انباشته شدن آب

در نوع اول، رودخانه به طور کامل توسط یک سد مسدود شده است. سطح آب در آن تا ارتفاع طراحی بالا می رود. از آن، آب به طور مستقیم به توربین های هیدرولیک تخلیه می شود. چنین ایستگاهی در جایی که بستر رودخانه باریک می شود و در رودخانه هایی که از میان کوه ها می گذرند مناسب است.

در طرح سد نیز یک سد وجود دارد، اما ساختمان تولیدی نیروگاه در قسمت پایین آن قرار دارد. در اینجا فشار آب قوی تر از نسخه کانال است. این امر مستلزم ساخت تونل های فشار ویژه برای تامین آن به توربین ها است.

در نیروگاه های نوع انحرافی، آب مستقیماً از طریق ساختمان نیروگاه، جایی که توربین ها نصب می شوند، جریان می یابد.

نیروگاه‌های ذخیره‌سازی پمپی امکان انباشته شدن انرژی آبی را برای استفاده در دوره‌های اوج بار فراهم می‌کنند. در حالت بدون تنش، به عنوان مثال، در شب، توربین های آبی آن به عنوان پمپ عمل می کنند و آب را به مخزن بالایی پمپ می کنند. هنگامی که اوج بار ظاهر می شود، آب از آن به خط لوله ای هدایت می شود که آن را به پره های توربین می رساند.

مزایای نیروگاه های برق آبی

ساخت و بهره برداری از نیروگاه های برق آبی با بحث هایی در مورد مزایا و معایب آنها همراه است.

عامل مثبت چنین تولید برق است تجدید منابع طبیعی استفاده شده. در نتیجه، هزینه انرژی الکتریکی به دست آمده از این طریق به طور قابل توجهی کمتر از سایر نیروگاه ها است، به عنوان مثال، در نیروگاه های برق آبی روسیه نصف نیروگاه های حرارتی است.

ایستگاه های آبی در مدیریت انعطاف پذیر هستند. با کمک توربین های آنها می توانید قدرت ایستگاه را از حداقل به حداکثر تنظیم کنید. در عین حال، بر خلاف ایستگاه های حرارتی و برخی دیگر، آنها می توانند به سرعت توان عملیاتی را از حداقل عملکرد به دست آورند.

بهره برداری از نیروگاه با آلودگی مضر هوا همراه نیست. عوامل مثبت شامل تأثیر مخازن آنها در شکل گیری شاخص های اقلیمی معتدل تر در منطقه مربوطه است.

ساخت سدها و آموزش باعث بهبود دریانوردی، افزایش ذخایر ماهی در آنها و ترویج پرورش ماهی می شود.

معایب آنها

منتقدان HES به درستی به مشکلات اشاره می کنند زیست محیطی، که ناشی از ظاهر آنهاست. اول از همه، این زیر آب رفتن مناطق وسیعی از زمین های کشاورزی از جمله زمین های حاصلخیز است. خاک دشت سیلابی باقی مانده رطوبت خود را از دست می دهد. بسیاری از انواع پوشش گیاهی در حال از بین رفتن هستند. در نتیجه مواد مغذی با ارزش کمتری وارد دریاها و اقیانوس ها می شود.

جریان های محدود یا متوقف شده آب در سدها، سیستم های زیست محیطی منحصر به فرد در بستر رودخانه ها و دشت های سیلابی را مجبور به تغییر می کند. در نتیجه رودخانه ها کم عمق و آلوده می شوند، از تعداد ماهی ها کاسته می شود و برخی از گونه های آنها ناپدید می شوند. گاهی اوقات سدها از تخم ریزی ماهیان مهاجر جلوگیری می کنند و شیلات محلی را مجبور می کنند تا با شرایط جدید سازگار شوند. برخی از بی مهرگان و سایر جانوران آبزی با ظهور همزمان تعداد زیادی میگ ناپدید می شوند. بسیاری از پرندگان مهاجر مکان های لانه سازی معمول خود را از دست می دهند.

در طراحی ایستگاه ها و ساخت آنها، اولویت تنها با مناطقی است که دارای ذخایر آبی زیاد هستند. آنها اغلب بسیار دورتر از مصرف کنندگان از نیروگاه های حرارتی هستند. با این حال، عوامل دیگر همیشه در نظر گرفته نمی شوند. نیروگاه های برق آبی در رودخانه های کوهستانی که گاهی در مناطقی با خطر لرزه ای بالا ساخته می شوند، یک خطر بالقوه را نشان می دهند.

هزینه های سرمایه ای به طور قابل توجهی بالاتر در مقایسه با ساخت نیروگاه های حرارتی نشان داده شده است. در طول ساخت سدها، هزینه های هنگفتی برای ساخت قفل ها برای انتقال کشتی ها به سطح آب مورد نظر مورد نیاز است.

یکی از مزیت های اصلی تاسیسات برق آبی کوچک ایمنی محیطی است. در طول ساخت و بهره برداری بعدی، هیچ گونه اثر مضری بر خواص و کیفیت آب وجود ندارد. مخازن را می توان هم برای فعالیت های ماهیگیری و هم به عنوان منابع تامین آب برای جمعیت مورد استفاده قرار داد. با این حال، علاوه بر این، نیروگاه های آبی کوچک و کوچک دارای مزایای بسیاری هستند. ایستگاه های مدرن از نظر طراحی ساده و کاملاً خودکار هستند، یعنی. در حین کار نیازی به حضور شخص نیست. جریان الکتریکی تولید شده توسط آنها الزامات GOST را از نظر فرکانس و ولتاژ برآورده می کند و ایستگاه ها می توانند هر دو در حالت مستقل کار کنند، یعنی. خارج از شبکه برق سیستم قدرت منطقه یا منطقه و به عنوان بخشی از این شبکه برق. و عمر کامل ایستگاه حداقل 40 سال (حداقل 5 سال قبل از تعمیرات اساسی) است. خوب، و مهمتر از همه، تأسیسات انرژی در مقیاس کوچک نیازی به سازماندهی مخازن بزرگ با سیل مربوط به قلمرو و خسارت مادی عظیم ندارند.

در طول ساخت و بهره برداری از SHPP ها، چشم انداز طبیعی حفظ می شود، عملا هیچ باری بر اکوسیستم وجود ندارد. از مزایای نیروگاه های آبی کوچک - در مقایسه با نیروگاه های سوخت فسیلی - می توان به موارد زیر اشاره کرد: هزینه کم برق و هزینه های عملیاتی، جایگزینی نسبتاً ارزان تجهیزات، عمر طولانی تر نیروگاه ها (40-50 سال)، استفاده یکپارچه از منابع آب (برق). تامین آب، احیای اراضی، حفاظت از آب، شیلات).

بسیاری از نیروگاه های کوچک همیشه تولید انرژی تضمین شده را ارائه نمی دهند، زیرا نیروگاه های فصلی هستند. در زمستان، تولید انرژی آنها به شدت کاهش می یابد، پوشش برف و پدیده یخ (یخ و لجن)، و همچنین کم آبی تابستان و خشک شدن رودخانه ها، به طور کلی می تواند کار آنها را متوقف کند. ماهیت فصلی نیروگاه های کوچک به منابع انرژی اضافی نیاز دارد؛ تعداد زیادی از آنها می تواند منجر به از دست دادن قابلیت اطمینان تامین انرژی شود. بنابراین در بسیاری از حوزه ها ظرفیت نیروگاه های کوچک نه به عنوان اصلی، بلکه به عنوان پشتیبان در نظر گرفته می شود.

مخازن نیروگاه های برق آبی کوچک به ویژه مناطق کوهستانی و کوهپایه ای به شدت تحت تاثیر معضل گل و لای شدن آنها و مشکل مربوط به افزایش سطح آب، طغیان و طغیان، کاهش پتانسیل برق آبی رودخانه ها و تولید برق هستند. به عنوان مثال، مشخص است که مخزن HPP Zemonechalskaya در رودخانه Kura طی 5 سال 60٪ گل و لای شده است.

برای شیلات، سدهای نیروگاه های برق آبی کوچک از خطرات کمتری نسبت به سدهای متوسط ​​و بزرگ برخوردار هستند که راه های مهاجرت ماهیان مهاجر و نیمه آندروم را مسدود می کنند و محل تخم ریزی را مسدود می کنند. اگرچه به طور کلی ایجاد تاسیسات برق آبی صدمات وارده به ذخایر ماهی در رودخانه های اصلی را به طور کامل از بین نمی برد. حوضه رودخانه یک سیستم اکولوژیکی واحد است و نقض پیوندهای فردی آن به طور اجتناب ناپذیری بر کل سیستم تأثیر می گذارد.

من مطمئن هستم که اگر از یک فرد معمولی در مورد تفاوت نیروگاه های هیدرولیک و حرارتی سؤالی بپرسند، او پاسخ می دهد: یکی روی هیدرولیک کار می کند، دیگری روی سوخت. اما به نظر من پاسخ پیچیده تر است ...

انواع نیروگاه

امروزه سه نوع نیروگاه اصلی وجود دارد: هیدرولیک، حرارتی و هسته ای.

راندمان نیروگاه های هسته ای در رابطه با هزینه تولید برق بالاترین است. با استفاده مناسب و معقول، انرژی هسته ای در آینده نزدیک جایگاه پیشرو خواهد داشت.

هنوز نیروگاه‌های بادی یا خورشیدی وجود دارند، اما بهره‌وری آنها امروزه ناچیز است و فقط در سطح خانوار قادر به تامین برق یک فرد است.

مزایای نیروگاه های هیدرولیک

از مزایای نیروگاه های هیدرولیک نسبت به نیروگاه های حرارتی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• هزینه کمتر برق؛
• آسیب کمتر به محیط زیست؛
• منبع تجدیدپذیر تبدیل انرژی

تولید برق با استفاده از جریان آب به بودجه کمتری نسبت به تولید برق از طریق سوزاندن سوخت نیاز دارد: نیازی به انجام معادن پرهزینه و ساخت لجستیک برای حمل و نقل آنها نیست.

یک نیروگاه هیدرولیک در حین کار آسیب کمتری به محیط زیست وارد می کند. هیچ گونه انتشار در جو و هیدروسفر محصولات جانبی و مواد مضر ناشی از تولید الکتریسیته - گازها، زباله های سمی جامد و مانند آن وجود ندارد.

با توجه به چرخه طبیعی آب، برخلاف احتراق یکباره سوخت، می توان از منبع تولید برق (آب) به طور مکرر استفاده کرد.

معایب نیروگاه های هیدرولیک

نیروگاه های هیدرولیک نیز دارای معایبی هستند:

• راندمان پایین در مقایسه با سوخت؛
• هزینه ساخت طول قابل توجهی از خطوط انتقال؛
• در محل معینی در حاشیه رودخانه های بزرگ و در فاصله ای از مراکز صنعتی قرار دارند که کار تعمیر واحدها و تحویل تجهیزات حجیم به آنها را با مشکل مواجه می کند.

اینها ویژگی های تولید این دو نوع نیروگاه است.

نیروگاه برق آبی، نیروگاهی است که از انرژی آب تخلیه شده به عنوان منبع انرژی استفاده می کند. آنها اغلب بر روی مخازن موجود ساخته می شوند و سدها و مخازن مصنوعی برای ذخیره حجم مورد نیاز آب می سازند.

برای تولید موثر برق در این نوع ایستگاه، دو الزام اصلی باید برآورده شود: تامین آب بدون وقفه در تمام طول سال و وجود شیب های تیز رودخانه.

فناوری برای تولید برق نیروگاه های برق آبیتبدیل انرژی مکانیکی آب به دلیل وجود سطوح مختلف ارتفاع با استفاده از موتورها و ژنراتورها است.

امروزه انواع زیر از نیروگاه های برق آبی وجود دارد که از نظر نحوه تامین آب با یکدیگر تفاوت دارند - ایستگاه های سد، انحراف و ذخیره سازی پمپاژ.

نیروگاه های برق آبی سدها محبوب ترین و قدرتمندترین نوع نیروگاه ها هستند. یک مخزن با نصب پارتیشن های مصنوعی برای حفظ جریان رودخانه ایجاد می شود. نزول آب به دو دلیل رخ می دهد - زمانی که نیاز به برق وجود دارد و برای تشکیل سطح مورد نیاز در مخزن.

نوع انحراف از این جهت متفاوت است که از کل مسیر رودخانه استفاده نمی کند، بلکه با کمک لوله ها و سیستم زهکشی، حجم مورد نیاز آب گرفته می شود و سپس به توربین فرستاده می شود.

ایستگاه‌های ذخیره‌سازی آب، تأسیساتی هستند که انرژی الکتریکی را ذخیره می‌کنند و در صورت لزوم آن را به سیستم باز می‌گردانند، که برای یکسان کردن ناهمگونی روزانه برنامه بار الکتریکی استفاده می‌شوند.

از ایستگاه های دریایی نیز استفاده می شود که از طریق انرژی جزر و مد و امواج کار می کنند.

مزایای نیروگاه برق آبی

انعطاف پذیری نیروگاه آبی به عنوان یک منبع منعطف الکتریسیته شناخته می شود زیرا یک نیروگاه برق آبی می تواند به راحتی و به سرعت خود را با نیازهای متغیر انرژی وفق داده و تولید برق را افزایش یا کاهش دهد. توربین موجود تنها در چند دقیقه راه اندازی می شود.

هزینه برق پایین. مزیت اصلی نیروگاه های برق آبی عدم وجود هزینه های سوخت و استقلال کامل از سوخت های فسیلی است. تمام این نیروگاه‌ها طول عمر بسیار بالایی دارند، حتی امروزه نیروگاه‌های برق آبی وجود دارند که حدود 100 سال پیش ساخته شده‌اند و علاوه بر این، برای نگهداری آنها نیازی به کارمند زیادی ندارند.

استفاده برای مصارف صنعتی. نیروگاه برق آبی هم برای خدمات رسانی به مردم و هم برای تامین برق برخی از نیروگاه ها استفاده می شود.

حداقل ردپای کربن نیروگاه های برق آبی خود قادر به تولید دی اکسید کربن نیستند که اغلب فقط در حین کار ساخت و ساز ایستگاه ایجاد می شود. دانشمند آلمانی پل شرر پس از انجام تحقیقات به این نتیجه رسید که انرژی آبی از نظر حداقل تولید دی اکسید کربن در رتبه اول قرار دارد و پس از آن باد، انرژی هسته ای و انرژی خورشیدی قرار دارند.

مزایای ایجاد یک مخزن. آب انبارهای ساخته شده اغلب گزینه ای عالی برای ورزش های آبی هستند و برخی از آنها حتی جاذبه های گردشگری محسوب می شوند. همچنین آب حاصل از آنها برای آبیاری و یا پرورش انواع ماهی در آن مناسب است. به علاوه، سدهای مصنوعی به جلوگیری از سیل کمک می کند.

معایب نیروگاه های برق آبی

آسیب های زیست محیطی و از دست دادن زمین. مخازن عظیمی که برای بهره برداری از نیروگاه های برق آبی مورد نیاز است، عامل طغیان مناطق عظیمی از زمین های واقع در بالادست سد است که به معنای نابودی جنگل ها، مزارع، باتلاق ها و ساکنان آن است.

سیلی کردن. جریان آب ذرات و بقایای مختلفی را به همراه دارد که هم به سد و هم به نیروگاه آسیب می رساند. چنین رسوباتی می تواند اندازه مخزن را کاهش دهد و توانایی جلوگیری از سیل را مختل کند. و همچنین تولید برق را کاهش دهد.

انتشار متان نیروگاه های برق آبی واقع در مناطق گرمسیری، به دلیل وجود مقادیر زیاد مواد گیاهی در حال پوسیدگی، حجم زیادی متان تولید می کنند. بنابراین، قبل از ساخت یک نیروگاه برق آبی و یک سد، لازم است که قلمرو را از جنگل های منطقه ای که در آن یک مخزن مصنوعی تشکیل می شود، پاکسازی کرد.

اسکان مجدد بسیاری از محققان نیاز به جابجایی جمعیت ساکن در منطقه مخزن آینده را از معایب قابل توجه ساخت نیروگاه های برق آبی می دانند. در آغاز قرن بیست و یکم، کمیسیون جهانی سدها آمار خود را منتشر کرد که داده های آن نشان می داد که به دلیل ساخت سدها، تقریباً 80 میلیون نفر در سراسر جهان مجبور به ترک محل زندگی خود شدند.